Введение
Класс опиоидных пептидов
Динорфины (Dyn) – это класс опиоидных пептидов, которые образуются из предшественника – белка продинорфина. При расщеплении продинорфина в процессе обработки пропротеинконвертазой 2 (PC2) высвобождаются несколько активных пептидов: динорфин А, динорфин В и α/β-неоэндорфин. Деполяризация нейрона, содержащего продинорфин, стимулирует обработку PC2, которая происходит внутри синаптических везикул в пресинаптическом терминале. Иногда продинорфин не полностью перерабатывается, что приводит к высвобождению «большого динорфина» (big dynorphin). «Большой динорфин» – это молекула, состоящая из 32 аминокислот и содержащая как динорфин А, так и динорфин В.
Динорфин А, динорфин В и большой динорфин содержат высокое процентное содержание основных аминокислотных остатков, в частности лизина и аргинина (29,4%, 23,1% и 31,2% основных остатков соответственно), а также множество гидрофобных остатков (41,2%, 30,8% и 34,4% гидрофобных остатков соответственно). Хотя динорфины широко распространены в ЦНС, их наибольшая концентрация наблюдается в гипоталамусе, продолговатом мозге, мосту, среднем мозге и спинном мозге. Динорфины хранятся в крупных (диаметром 80–120 нм) плотных ядерных везикулах, которые значительно больше везикул, хранящих нейротрансмиттеры. Эти крупные плотные ядерные везикулы отличаются от малых синаптических везикул тем, что для высвобождения их содержимого в синаптическую щель требуется более интенсивная и продолжительная стимуляция. Хранение в плотных ядерных везикулах характерно для опиоидных пептидов. Первые сведения о функциональности динорфинов были получены Голдштейном и соавторами в их работе с опиоидными пептидами. Группа обнаружила эндогенный опиоидный пептид в гипофизе свиней, который было трудно выделить. После секвенирования первых 13 аминокислот пептида они создали синтетическую версию пептида с сопоставимой потенцией с природным пептидом. Голдштейн и соавторы. Различные динорфины демонстрируют различную селективность и потенцию в отношении рецепторов. Большой динорфин и динорфин А обладают одинаковой селективностью к человеческому KOR, но динорфин А более селективен к KOR по сравнению с MOR и DOR, чем большой динорфин. Большой динорфин обладает большей потенцией в отношении KOR, чем динорфин А. И большой динорфин, и динорфин А более эффективны и селективны, чем динорфин В.
Производство
Динорфин синтезируется во многих различных отделах нервной системы, включая гипоталамус, стриатум, гиппокамп и спинной мозг. Образцы экспрессии генов из Атласов мозга Аллена для мышей, макак и человека представлены здесь. Динорфин обладает множеством различных физиологических эффектов, зависящих от места его синтеза. Например, динорфин, образующийся в магноклеточных вазопрессиновых нейронах супраоптического ядра, играет важную роль в формировании паттернов электрической активности. Динорфин, синтезируемый в магноклеточных окситоциновых нейронах, является ингибитором секреции окситоцина по механизму отрицательной обратной связи. Динорфин, вырабатываемый в дугообразном ядре и в орексиновых нейронах латерального гипоталамуса, влияет на регуляцию аппетита.
Анальгезия
Динорфин является модулятором болевой реакции. Хан и Xie обнаружили, что инъекция динорфина в субарахноидальное пространство спинного мозга крысы вызывала дозозависимую анальгезию, измеряемую по времени задержки отдергивания хвоста. Анальгезия частично устранялась опиоидным антагонистом налоксоном. Авторы также обнаружили, что сочетание субаналгетических доз морфина и динорфина A1 13 – варианта динорфина A, содержащего только первые 13 аминокислот пептида – в спинном мозге крысы оказывало аддитивный эффект. Однако, при введении динорфина A1 13 в интрацеребровентрикулярную (ICV) область мозга, он проявлял антагонистическое действие по отношению к анальгезии, вызванной морфином. Исследование, проведенное Lai и соавторами, показало, что динорфин может фактически стимулировать боль. Авторы обнаружили, что введение укороченного динорфина A2 17, который не связывается с опиоидными рецепторами, приводит к увеличению уровня фосфорилированной p38 митоген-активированной протеинкиназы (MAPK) в микроглии в заднем роге спинного мозга. Активированная p38 ранее была связана с высвобождением простагландина, индуцированным NMDA, что вызывает боль. Таким образом, динорфин также может вызывать боль в спинном мозге посредством не опиоидного p38-зависимого механизма. Другие исследования выявили роль динорфина и стимуляции каппа-опиоидных рецепторов в развитии нейропатической боли. Эта же группа также показала, что система динорфин-KOR опосредует пролиферацию астроцитов через активацию p38 MAPK, которая необходима для влияния нейропатической боли на аналгетическую реакцию. В целом, эти данные свидетельствуют о том, что динорфин может оказывать множественное воздействие на опиоидные и не опиоидные пути, включая каппа-опиоидные, для модуляции болеутоляющих реакций.
Зависимость
Кокаиновая зависимость является результатом сложных молекулярных изменений в мозге, возникающих после многократного воздействия кокаина. Динорфины были показаны как важная часть этого процесса. Однократное воздействие кокаина не влияет на уровень динорфинов в мозге, однако повторное воздействие препарата повышает концентрацию динорфина в стриатуме и черной субстанции у крыс. Один из предложенных молекулярных механизмов повышения уровня динорфина включает транскрипционную регуляцию посредством CREB (белка, связывающегося с 3’,5’-монофосфатным элементом ответа). Согласно модели, предложенной Карлезоном и соавторами, употребление кокаина увеличивает экспрессию цАМФ и цАМФ-зависимой протеинкиназы (PKA). PKA приводит к активации CREB, что, в свою очередь, повышает экспрессию динорфина в прилежащем ядре и спинном стриатуме – областях мозга, играющих важную роль в развитии зависимости.
Кокаин
Карлезон и др. Существуют также данные, свидетельствующие о том, что повышенное количество динорфина может защищать людей от кокаиновой зависимости. Согласно исследованиям, проведенным в Университете Рокфеллера, ген динорфина представлен двумя вариантами: функциональной версией с "высокой продуктивностью" и "низкой продуктивностью". Функциональная версия гена с высокой продуктивностью содержит полиморфизмы в промоторных областях, которые, предположительно, приводят к увеличению количества копий динорфиновой мРНК, что наделяет людей, несущих этот вариант, "встроенной системой защиты" от наркотической зависимости. В то время как контрольные мыши демонстрировали аверсивное поведение в ответ на принудительное плавание и удары током, мыши без динорфина не проявляли никаких признаков отвращения. Они отметили, что введение КРФ вызывало аверсивное поведение у мышей с функциональными генами динорфина даже в отсутствие стресса, но не у мышей с делецией гена динорфина. Неприятие места устранялось при блокировании КРФ2 антагонистом. Также было показано, что динорфин влияет на поведение, связанное с поиском наркотиков, и необходим для восстановления поиска кокаина, вызванного стрессом, но не вызванного самим кокаином. Позже Брухас и др. идентифицировали нижележащий элемент этого пути. Авторы обнаружили, что KOR активирует p38, член семейства митоген-активированных протеинкиназ (MAPK) посредством фосфорилирования. Активация p38 необходима для проявления поведения, зависимого от KOR. В исследовании на мышах изучалось влияние CREB и динорфина на выученную беспомощность (животная модель депрессии). Экспрессия доминантно-негативного CREB (mCREB) у трансгенных мышей оказывала антидепрессивный эффект (с точки зрения поведения), в то время как экспрессия дикого типа CREB вызывала увеличение симптомов, сходных с депрессией. использовали несколько моделей депрессии на животных (крысах) для описания эффектов динорфинов А и В при депрессии. Авторы обнаружили, что выученная беспомощность повышает уровень динорфинов А и В в гиппокампе и прилежащем ядре, а введение антагониста KOR norBNI индуцирует восстановление после выученной беспомощности. Стресс, вызванный иммобилизацией, приводит к увеличению уровня динорфинов А и В в гиппокампе и прилежащем ядре. обнаружили, что в течение дня уровень динорфинов естественным образом повышается в нейроинтермедиальной доле гипофиза (NI-гипофиз) и снижается в гипоталамусе. Ночью эта картина меняется. Исследования на крысах показали, что повышение уровня динорфина стимулирует прием пищи. Опиоидные антагонисты, такие как налоксон, могут обращать вспять эффекты повышенного уровня динорфина. Это ингибирование особенно сильно выражено у животных с ожирением или у животных, имеющих доступ к особенно привлекательной пище. Инуи и др. обнаружили, что введение динорфина собакам увеличивало потребление ими как пищи, так и воды. Динорфин играет роль в пищевом поведении животных, впадающих в спячку. Низельски и др. исследовали уровень динорфина у сусликов, которые перед зимой переживают периоды чрезмерного питания и периоды голодания. Они обнаружили, что уровень динорфина повышался в периоды голодания. Берман и др. изучали уровень динорфина в периоды ограничения питания. Группа обнаружила, что, хотя пища не изменяет экспрессию динорфина В, она увеличивает уровень динорфина А в нескольких областях мозга крысы (гипоталамус, прилежащее ядро и ядро хвостатого ядра). Недавние исследования на мышах с нокаутом динорфина не выявили различий между животными с нокаутом и контрольными животными в потреблении пищи, но обнаружили, что накопление жира было снижено у самцов с нокаутом. Жирные кислоты окислялись быстрее у животных с нокаутом. Таким образом, динорфин может вызывать переедание при наличии диеты с высоким содержанием жиров. Морли и Левин первыми описали роль опиоидных пептидов в питании, связанном со стрессом. В своем исследовании мышам зажимали хвосты (что вызывает стресс), что индуцировало прием пищи. Питание, связанное со стрессом, уменьшалось при введении налоксона, антагониста опиоидных пептидов. показали, что введение динорфина А1 17 (агониста KOR) посредством микродиализа в область PAG индуцировало гипотермию у крыс. Авторы обнаружили, что степень гипотермии была пропорциональна дозе введенного динорфина А1 17. Гипотермия могла быть предотвращена введением антагониста KOR norBNI крысам. обнаружили, что воздействие крыс на тепло (38˚C) приводило к увеличению экспрессии динорфинов в коре головного мозга, гиппокампе, мозжечке и стволе мозга. Кроме того, авторы обнаружили, что введение ингибиторов синтазы оксида азота (NOS) снижало уровень динорфина А1 17 в мозге и ослабляло симптомы, связанные с тепловым стрессом. Шарма и Алм обнаружили, что гипотермические эффекты опосредуются K1 (κ опиоидный рецептор 1), но не K2. Авторы применили агонист KOR к мышам с нокаутом K1, что устранило гипотермический ответ. Таким образом, K2, по-видимому, не играет роли в гипотермическом механизме.
Клиническое значение
Производные динорфина обычно не рассматриваются как клинически значимые из-за очень короткой продолжительности их действия.